Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Дипломная работа - Мезонинный адаптер USB2.0 - файл 4 Раздел 1 - Специальный.doc


Загрузка...
Дипломная работа - Мезонинный адаптер USB2.0
скачать (2375.9 kb.)

Доступные файлы (43):

1 Оглавление.doc77kb.19.06.2007 05:20скачать
2 Введение.doc27kb.19.06.2007 04:56скачать
3 ТЗ.doc35kb.19.06.2007 04:57скачать
4 Раздел 1 - Специальный.doc1164kb.19.06.2007 04:57скачать
5 Технологическая часть.doc157kb.19.06.2007 05:03скачать
6 Себестоимость.doc123kb.19.06.2007 05:04скачать
7 ПЭБ.doc147kb.19.06.2007 05:06скачать
8 Заключение.doc27kb.19.06.2007 05:07скачать
9 Список используемых источников.doc35kb.19.06.2007 11:19скачать
диплом - что должно быть.txt1kb.21.01.2007 21:10скачать
Книжка дипломника - пустая.doc35kb.13.04.2007 18:32скачать
1.1. Физическая архитектура USB.vsd
1.2. Логическая архитектура USB.vsd
1.3. Кабель USB.vsd
1.8. Отличия между кадрами и микрокадрами.vsd
Спецификация сборочного чертежа.sch
Структурная схема алгоритма программы.vsd
диаграмма.bmp
диаграмма.JPG15kb.12.06.2007 17:22скачать
диаграмма себестоимости.xls17kb.12.06.2007 17:33скачать
рамка VISIO вертикальная.vsd
рамка VISIO горизонтальная.vsd
рамка WORD горизонтальная.doc20kb.04.06.2007 14:19скачать
01 мезонинный адаптер USB.vsd
02 выбор микроконтроллера USB2.0 HS.vsd
03 алгоритм работы программы.vsd
04 алгоритм ПСИ.vsd
05 технологическое оборудование.vsd
06 калькуляция себестоимости.doc53kb.19.06.2007 13:20скачать
01 мезонинный адаптер USB.pdf156kb.19.06.2007 13:22скачать
02 выбор микроконтроллера USB2.0 HS.pdf108kb.19.06.2007 13:22скачать
03 алгоритм работы программы.pdf77kb.19.06.2007 13:16скачать
04 алгоритм ПСИ.pdf70kb.19.06.2007 13:16скачать
05 технологическое оборудование.pdf129kb.19.06.2007 13:18скачать
06 калькуляция себестоимости.pdf124kb.19.06.2007 13:20скачать
топология.pcb
электрическая схема.sch
Приложение А - код программы.doc189kb.19.06.2007 12:32скачать
Приложение Б - ТИ.doc241kb.13.06.2007 13:31скачать
Приложение В - ПЭ3.sch
ТИ Приложение A - схема рабочего места контроля адаптера.vsd
рекомендации по работе над дипломом.doc124kb.02.04.2007 11:17скачать
речь.doc43kb.19.06.2007 20:53скачать

4 Раздел 1 - Специальный.doc

1   2   3   4   5
Реклама MarketGid:
Загрузка...

TUSB6250,


Texas Instruments

LS/FS/HS

8051

TQFP

0…+70


Основными критериями при выборе микроконтроллера являются температурный рабочий диапазон и технологичность при реализации проекта. С учетом требований к рабочим температурам реализация проекта возможна на трех микроконтроллерах.

Первый микроконтроллер ISP1583 имеет низкую цену, но не обладает встроенным процессорным ядром, реализация которого уменьшает технологичность изделия и увеличивает срок разработки. Однако в нем уже реализована поддержка интерфейса ATA.

Второй микроконтроллер LPC2880 хотя и обладает привлекательной ценой, но представлен на рынке только в BGA-корпусе, который требует многослойной разводки проводников на печатной плате и более трудоемкой технологии монтажа.

Третий микроконтроллер CY7C68013A имеет встроенное процессорное ядро архитектуры 8051 и представлен на рынке в различных исполнениях, начиная от QFN-56 и заканчивая TQFP-128. Более подробное изучение материалов, представленных на сайте производителя, выявило наличие большого количества примеров программного кода, в том числе и для реализации ATA.

Таким образом, выбор был сделан в пользу микроконтроллера фирмы Cypress. Этот микроконтроллер входит в семейство микроконтроллеров EZ-USB FX2(LP). Его функциональная схема представлена на рисунке 1.12.

Рисунок 1.12. Функциональная схема EZ-USB FX2(LP)
Микроконтроллер CY7C68013A удовлетворяет всем нашим требованиям, и, обладая программируемым процессорным ядром, позволяет контролировать обмен данными. Особенности его архитектуры:

  • Встроенное процессорное ядро 8051:

    • Рабочие частоты 12, 24, 48 МГц (x20 PLL);

    • 4 такта за машинный цикл;

    • 2 канала USART;

    • 3 счетчика/таймера;

    • Расширенная система прерываний;

    • Два указателя данных;

  • ПО: процессорное ядро MCS-51 загружает код из:

    • 16 Кб ОЗУ, заполняемой из USB шины или из EEPROM;

    • Внешнего устройства памяти (только для 128-контактного корпуса);

  • FIFO-память (4 Кб);

  • 7 оконечных устройств;

  • от 24 до 40 портов I/O;

  • Конфигурируемая 8 или 16- разрядная шина данных;

  • канал I2C (работает на 100, либо 400 КГц);

  • Встроенный последовательный интерфейс Engine (SIE) для выполнения элементарных USB-функций;

  • Встроенный USB 2.0 трансивер;

  • Совместимость с USB1.1;

  • Интегрированный универсальный программируемый интерфейс GPIF ("General Programmable Interface" ), позволяющий без соединительной логики подключаться к ASIC и DSP, поддерживать различные стандарты (ATA, UTOPIA, EPP и PCMCIA);

  • Прерывания от FIFO и GPIF;

  • Напряжение питания 3.3В, устойчив к напряжению 5В;

  • Низкое энергопотребление – не более 85 мА в любом случае, 300 мкА в режиме ожидания;

  • Корпуса: SSOP-56, TQFP-100, TQFP-128.

4.2.2. Выбор генератора тактовых импульсов.
В качестве генератора тактовых импульсов был выбран резонатор РК 432 24.00М09, работающий на частоте 24 МГц, необходимой для работы микроконтроллера CY7C68013A. Он обладает высокой точностью и способен работать в промышленном диапазоне температур, то есть от -40ºС до +85ºС.

^ 4.2.3. Выбор понижающего контроллера.
Главное требование при выборе данного контроллера – функция преобразования напряжения 5В в напряжение 3.3В. В дополнение к этому микросхема преобразователя напряжения должна работать по крайней мере в заданном в ТЗ диапазоне температур и иметь малый ток потребления. Микросхема LP2985AIM5-3.3 полностью удовлетворяет этим требованиям: преобразует напряжение 5В в напряжение 3.3В, работает в промышленном диапазоне температур (-40ºС ÷ +85ºС), имеет рабочий ток потребления 30мкА. Рассмотрим ее подробнее:

  • слабый шум: 30мкВ;

  • выходной ток: до 150мА (350мА при пиковой нагрузке);

  • низкий ток потребления: 850мкА при максимальной нагрузке;

  • широкий диапазон входных напряжений: от 2.5В до 16В;

  • фиксированное выходное напряжение: 3.3В;

  • максимальное отклонение выходного напряжения: 3,5%;

  • нет обратного тока;

  • защита от перегрузки тока (срабатывание при 400мА);

  • корпуса SOT-23 (M5), SMD.


^ 4.2.4. Выбор микросхемы памяти.
Мы выбрали микроконтроллер интерфейса USB CY7C68013A, который поддерживает последовательный интерфейс I2C. Поэтому и микросхема памяти должна работать с этим интерфейсом. Фирма MicroChip предоставляет наибольший выбор EEPROM с поддержкой интерфейса I2C. Выбор был сделан в пользу 24LC65-I/SM, которая отвечает всем нашим требованиям:

  • работа при питании – от 1.8В до 6В;

  • потребление тока:

    • пиковое при записи – 3 мА при 6В;

    • пиковое при чтении – 150 мкА при 6В;

    • в режиме ожидания – от 3мкА при 1.8В до 10мкА при 6В;

  • 2-х проводный последовательный интерфейс, совместимый с I2C;

  • Входные триггеры Шмитта, для подавления шумов;

  • Совместимость с 100 кГц (от 1.8В до 4.4В) и 400 кГц (от 4.5В до 5В);

  • Буфер страничной записи 8 байт;

  • Самосинхронизирующийся цикл записи/авто-стирания;

  • 2мс - типичное время цикла записи при страничной записи;

  • Аппаратная защита внутренней памяти;

  • Защита от статики > 4 000 В;

  • 1 000 000 гарантированных циклов записи/стирания;

  • Хранение данных > 200 лет;

  • Температурные диапазоны:

    • коммерческий: 0ºС ... +70ºС

    • промышленный: -40ºС ... +85ºС

  • Корпуса: DIP-8, SOIC-8, SOIC-14.

^ 4.2.5. Выбор монитора питания.

Монитор питания необходим для правильной работы микроконтроллера CY7C68013A. Контроллер должен выдерживать паузу не менее 150мс при подаче питания и работать в промышленном диапазоне температур. На рынке существует множество различных мониторов питания, обладающих схожими ценами и параметрами. Был выбран контроллер ADM1818 фирмы Analog Devices:

  • Диапазон входных напряжений 1.2В – 5.5В;

  • Минимальный порог срабатывания 2.12В;

  • Пауза при сбросе 150мс;

  • Защита от статики 4000В;

  • Корпуса: SOT-23 (M3), SC70.


^ 5. Описание схемы электрической принципиальной.
На основе выбранного микроконтроллера была разработана схема электрическая принципиальная. Она приведена в приложении.

Функции управления и преомо-передачи информации по интерфейсам USB и ATA возлагаются на микроконтроллер DD1 - CY7C68013A.

С разъема XP1 на устройство поступают: земля, питание, линии данных D+ и D-. Сигнальные линии с разъема XP2 соединены с программируемым интерфейсом микроконтроллера USB. Схема разъема и габариты стандартизированы в соответствии с требованиями к стандарту АТА. При разработке схемы было решено предусмотреть возможность подключения к USB через UART, который встроен в выбранную версию микроконтроллера от Cypress. Сигнальные линии UART, а также питание и земля выведены на разъем XS3.

BQ1 – резонатор кварцевый РК 432 24.00М09 на 24 МГц. Работа микросхемы CY7C68013A осуществляется при частоте 24 МГц. Внутри микроконтроллера находится блок ФАПЧ и делитель частоты, с помощью которых генерируются частоты, необходимые для высокоскоростного режима работы приемо-передатчика USB и программируемого интерфейса, реализующего АТА.

DD2 – микросхема питания LP2985AIM5-3V3 является понижающим контроллером. Схема подключения данной микросхемы взята из описания на нее.

DD3 – микросхема энергонезависимой памяти 24LC65-I/SM. Подключается к микросхеме DD1 через последовательный интерфейс I2C, служит для хранения кода программы микросхемы DD1.

DD4 – монитор напряжения питания ADM1818, необходим для стабильной генерации сигнала сброса в соответствии с требованиями микросхемы DD1. Выход микросхемы подается на ножку сброса микросхемы DD1.

^ 6. Описание сборочного чертежа.
Cборочный чертеж и спецификацию смотреть в приложениях.

На верхней стороне платы расположено большинство компонентов. Здесь присутствуют чип-компоненты (конденсаторы и резисторы), микросхемы, резонатор и разъемы. С целью упрощения разводки на нижнюю сторону платы вынесена часть чип-резисторов с малой высотой.

Разъемы размещены с краев платы, для удобства их подключения.

Компоненты расположены как можно ближе друг к другу с целью уменьшения суммарной длины линий связей.

Для уменьшения воздействия помех на микроконтроллер CY7C68013A на плате под его посадочным местом был создан полигон земли.

^ 7. Расчетная часть.
7.1. Расчет потребляемой мощности.
Необходимо помнить, что элементы схемы могут потреблять различную мощность в зависимости от режима работы.

  • CY7C68013A: до 85мА при нормальной работе;

  • 24LC65-I/SM: до 3мА при работе с микросхемой;

  • ADM1818: 8мА при нормальной работе;


Отсюда видно, что активные элементы потребляют суммарный ток, не превышающий 100мА, поэтому в качестве преобразователя напряжения 5В -3,3В можно выбирать маломощный элемент.
^ 7.2. Расчет основных показателей надежности.
Основными показателями надежности являются интенсивность отказов λ, вероятность безотказной работы P и вероятность отказа Q.

Количественное определение надёжности различных элементов связано с большой затратой времени и средств для получения и обработки статистических данных по их эксплуатации и испытаниям. Эксплуатационная интенсивность отказов интегральных схем, выпускаемых в настоящее время, может составлять λ = 10-7 ч-1, а совершенствование технологии и использование специальных методов отбраковки ИС позволяют довести этот показатель до λ = 10-8 – 10-9 ч-1. При таких значениях проведение статистических испытаний становится экономически и технически нецелесообразным вследствие непомерных трудностей получения сколько-нибудь достоверной количественной информации о надёжности. В связи с этим для электронного оборудования приводятся, как правило, не экспериментальные, а расчетные параметры надежности. При допущении, что отказы носят случайный характер, независимы друг от друга, все элементы одного типа имеют равную надежность, вероятность безотказной работы компонентов меняется по экспоненциальному закону во времени и отказ любого компонента приводит к отказу изделия в целом, суммарная интенсивность отказов может быть найдена по формуле:

λсум = λ1 × S1 × k1 + λ2 × S2 × k2 + … + λn × Sn × kn,

где n — число различных типов компонентов;

λ1, λ2,... λт — средняя интенсивность отказов компонентов;

S1, S2,... Sт — число компонентов данного типа в приборе;

k1, k2,… kn – коэффициенты, учитывающие влияние режима и условий работы.

Таким образом, интенсивность отказов изделия в целом представляет собой возрастающую функцию числа соединений и элементов, входящих в данную аппаратуру, а также интенсивности отказов элементов и соединений. На практике при расчёте надёжности по характеристикам элементов составляют перечень используемых компонентов и определяют интенсивность отказов каждого вида компонентов. Далее учитывают различные коэффициенты. В данном случае общий поправочный коэффициент k равен 20. В таблице 1.28 представлены компоненты, их количество и интенсивности отказов.

Таблица 1.28

Надежностные характеристики компонентов изделия.

Компонент

Si

λi, 10-6

Si * λi * k, 10-6

Конденсаторы керамические

16

0,15

48

Конденсаторы танталовые

2

0,6

24

Микросхемы

4

0,075

6

Пайка

224

0,0005

2,24

Переходные отверстия

60

0,002

2,4

Печатная плата

1

0,1

2

Резисторы

19

0,002

0,76

Резонаторы

1

0,014

0,28

Соединители

2

0,1

4

Итого:

89,68


Таким образом, находим время наработки на отказ:

T = 1 / λсум = 1/(89,68*10-6) = 11150 (часов)

Как видно из расчета, требование технического задания к наработке на отказ в 10000 часов выполняется. Найдем остальные надежностные характеристики.

Вероятность безотказной работы за время t равное 1 год (примерно 9000 час.):

P(t) = e- λсум * t = e-0,80712 = 0,446

Вероятность того, что в пределах заданной наработки возникнет отказ устройства:

Q(t) = 1 – P(t) = 1 – 0,446 = 0,554

^ 8. Алгоритм работы программы.
На рисунке 1.13 представлен алгоритм работы ПО. Из алгоритма видно, что процесс работы ПО проходит четыре стадии: инициализация CY7C68013A (в эту стадию включены: настройка общих регистров, буферов FIFO, портов ввода-вывода, параметров конечных точек, а также загрузка временных форм работы GPIF в память микроконтроллера); поиск и настройка устройства АТА; процесс передачи данных; процедура перехода в HI-SPEED режим.


Рисунок 1.13. Алгоритм работы программы.

^ 8.1. Инициализация CY7C68013A.
Настройка общих регистров. После подачи питания на микроконтроллер процессор настраивает регистры, отвечающие за такие параметры, как: частота работы процессора, полярность пинов, назначение флагов и прочее.

^ Настройка буферов FIFO. Назначается размер буферов, глубина буферизации. Также производится очистка буферов от информации, которая могла не успеть стереться после возможного переподключения устройства.

^ Настройка портов ввода-вывода. Назначается направление портов, назначение их использования (параллельный порт ввода-вывода, либо дополнительная функция, например ввод/вывод таймера или программный интерфейс).

^ Настройка параметров конечных точек. Указываются типы конечных точек, варианты работы с конечными точками (ручная, автоматическая). Происходит включение/отключение конечных точек.

^ Загрузка временных форм работы GPIF в память. В регистр WAVEDATA записываются временные диаграммы работы программного интерфейса (в данном случае временные диаграммы стандарта ATA).

^ 8.2. Поиск и настройка устройства ATA.
Поиск ATA устройства. При появлении на шине АТА устройства это устройство должно выставить на восьмой линии шины данных высокий уровень, по которому и определяется его подключение.

^ Инициализация и конфигурирование ATA устройства. После того, как АТА устройство сигнализировало о себе, производится запрос на тип устройства и его стандарт, после чего устройству сообщается, в каком режиме оно должно работать.

Переподключение Re-Numerate. Переподключение необходимо для обновления информации на хосте об устройстве Mass Storage.

^ 8.3. Процесс передачи данных.
Считывание и проверка CBW. В соответствии со спецификациями протокола USB Mass Storage Bulk-Only и протокола ATA/ATAPI хост посылает 31-байтный пакет CBW. В нем указывается номер логического устройства, к которому он посылается, и команда для выполнения. ATA устройство, получив этот пакет, должно сообщить о том, что пакет успешно получен. Если CBW не распознан, то хост должен вновь отправить CBW.

^ Передача данных/ошибка передачи данных. Происходит выполнение указанной в пакете CBW команды. Если выполнение команды невозможно, или при передаче данных произошла ошибка, то формируется соответствующий пакет CSW.

Передача статуса CSW. Этот пакет отправляется хосту и завершает передачу данных, сигнализируя об отсутствии или наличии ошибок.

^ 8.4. Процедура перехода в HI-SPEED режим.
Наличие этой процедуры обусловлено тем, что при подключении устройства к хосту, хост может не выделить требуемое устройству питание для работы в режиме HI-SPEED, и тогда оно определяется как FULL-SPEED. Однако, как только возможности питания HI-SPEED устройства у хоста восстанавливаются, устройство может быть переведено в высокоскоростной режим работы.

^ Загрузка дескрипторов для HS устройства.. Регистры микроконтроллера USB заполняются новыми данными из дескрипторов. Описание дескрипторов смотреть в параграфе 2.3.

Переподключение Re-Numerate. Необходимо для перехода в высокоскоростной режим работы.

Повышение скорости работы CPU и GPIF. Переход в высокоскоростной режим работы микроконтроллера означает возможность повышения частот работы процессора и программного интерфейса, что при полноскоростном подключении невозможно из-за ограничений по питанию.

9. Выводы.
В данной части дипломного проекта были описаны структурная и принципиальная схемы разработанного устройства – мезонинного адаптера USB; были приведены особенности сборочного чертежа и конструкции устройства; проведен расчет потребляемой устройством мощности, расчет надежностных характеристик. Также был описан алгоритм работы и разработан код программы микроконтроллера.

МГИЭТ, Кафедра Вычислительной Техники, 2007г.
1   2   3   4   5



Скачать файл (2375.9 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации